Сэндвич-панель

Сэндвич-пане́ль (англ. sandwich — многослойный бутерброд) — строительный материал, имеющий трёхслойную структуру, состоящую из двух листов жёсткого материала (металл, ПВХ, ДВП, магнезитовая плита) и слоя утеплителя между ними. Все детали сэндвич-панелей склеиваются между собой с помощью горячего или холодного прессования. В зависимости от назначения выделяются кровельные и стеновые панели.

Композитная сэндвич-панель испытывается NASA.

В жилищном строительстве сэндвич-панели применяются для строительства быстросборных каркасных домов^[1]. В строительстве используется несущая утепленная панель (СИП, от английского SIP, Structural Insulated Panel), которая состоит из двух ориентированно-стружечных плит (ОСП или OSB), между которыми под давлением приклеивается слой твердого утеплителя (пенополистирола), либо под давлением закачивается пенополиуретан (PUR).

В коммерческом строительстве сэндвич-панели применяются для строительства быстровозводимых зданий на основе металлического каркаса^[2]^[3] (промышленные цеха, автомойки, торговые центры^[4], сельскохозяйственные здания, спортивные сооружения^[5]^[6] и т. д.). В качестве ограждающих конструкций таких зданий используются сэндвич-панели с покрытием из металла, которые имеют полимерную основу и служат финишной отделкой, как снаружи быстровозводимых зданий так и внутри.

Пример использования сэндвич-панелей (вертикальная раскладка) в строительстве промышленного здания.

ИсторияПравить

Появление сэндвич-панелей в СШАПравить

В 1930 году американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт впервые использовал сэндвич-панели с сотовым наполнителем в проекте одноэтажного коттеджа «Unsonian», который проектировался как пример экономичного жилья. Сэндвич-панели, разработанные Райтом, имели ряд недостатков, но первоочередной задачей изобретения было сочетание в панелях эстетичности и лёгкости в эксплуатации.

1950-м году американский архитектор Олден Б. Доу^[en] (Alden B. Dow), ученик Райта и брат генерального директора компании «Dow Chemical», создаёт эргономичные трёхслойные сэндвич-панели с полиэстром и покрытием из фанеры. Материал используется для строительства дома The Sandwich Panel House #1, также известном как Paul N. Sutton Residence по адресу 4619 Concord Court в городе Мидланд, штат Мичиган^[7].

В мае 1959 года американская компания Koppers Inc.^[en] впервые начала массовое производство сэндвич-панелей для строительства жилых домов. Для этого компания переоборудовала цех бывшей Hundson Motor Car Plant в Детройте. Сэндвич-панели под торговой маркой Dylite выпускались на основе полистирола^[8], в качестве обшивки также использовалась фанера^[9].

В 1960 годы американская компания Alside Home Program сумела значительно сократить время производства сэндвич-панелей с нескольких часов до 20 минут. Однако, спрос на сэндвич-панели был незначительный, так что компания вскоре обанкротилась^[9].

История PIR- и PUR-панелейПравить

По данным ассоциации EPIC (Engineered Panels in Construction), технология сэндвич-панелей с наполнителем из пенополиизоцианурата (PIR) и пенополиуретана (PUR) появилась в 70-е годы^[10]. До середины 80-х такие панели монтировались непосредственно на месте строительства, однако в начале 90-х появились первые сэндвич-панели с наполнителем из пенополиуретана как конечный продукт. К концу 90-х такие панели занимали уже 40 % рынка сэндвич-панелей^[10]

Производство сэндвич-панелей в РоссииПравить

В СССР собственное производство появилось только в 1974 году^[11]. Первым производителем трехслойных сэндвич-панелей с наполнителем из пенополиуретана (ППУ) и минеральной ваты стал Челябинский завод профилированного стального настила, расположенный в городе Челябинске^[12].

Решение о создании завода было принято Центральным Комитетом КПСС и Советом Министров СССР с целью помощи Челябинскому тракторному заводу имени В. И. Ленина по переходу на производство гусеничных тракторов типа Т-130. Позже в Москве было подписано соответствующее постановление секретарем Центрального Комитета КПСС Брежневым Л. и Председателем Совета Министров Союза ССР Косыгиным А. № 383 от 28 мая 1970 года. На основе перечня объектов Минтяжстроя СССР правительство планировало построить на базе Челябинского завода профилированного стального настила несколько цехов:

Цех по производству жестких минераловатных плит на синтетической основе с годовой мощностью в 200 тыс. м³ плит,
Цех по производству профилированного оцинкованного стального настила покрытий промышленных зданий и по производству стеновых ограждающих конструкций с отделением окраски с годовой мощностью в 2.3 млн м².

4 февраля 1974 года Государственной комиссией подписан акт приемки и пуск Челябинского завода профилированного стального настила. На заводе стали испытывать первые пробные партии сэндвич-панелей. 23 февраля 1975 года началось серийное производство сэндвич-панелей, приуроченное к Дню Советской Армии. Со временем завод стал обеспечивать потребности 60 % строек СССР.

Перспективы развитияПравить

Одним из перспективных направлений развития сэндвич-панелей является создание панелей, генерирующих электроэнергию. В частности, в Швейцарии ещё в 2009 году была разработана технология производства сэндвич-панелей с фотоэлементом производства Flexcell. Фотоэлемент защищён слоем стеклопластика. Внутренняя часть сэндвич-панели заполнена вспененным полимером. Такие сэндвич-панели были использованы для строительства одного из корпусов Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария)^[13].

Профили сэндвич-панелейПравить

Сверху изображён композитный сэндвич в сборе (А); под ним лицевые отделочные панели (B) и утеплитель (C).

Профили бывают двух типов: стеновые и кровельные.

Стеновые сэндвич-панели по типу внешнего профиля разделяются на гладкие, простые профилированные и декоративные профилированные (сайдинговые и бревенчатые). Кровельные сэндвич-панели могут быть профилированными с обеих сторон или только с наружной стороны.

УтеплительПравить

В качестве утеплителя используется:

минеральная вата (базальтовое волокно)
пенополиуретан PUR (и очень похожий пенополиизоцианурат PIR)
пенополистирол
стекловолокно
полипропилен

Минеральная ватаПравить

Один из наиболее востребованных в настоящее время утеплителей для сэндвич-панелей. Базальтовое волокно производится из силикатных расплавов горных пород, шлаков или их сочетаний. Как правило, панели с минватой актуальны при возведении несложных по конструкции построек, ремонт которых при возникновении необходимости будет проведен очень быстро. Минеральная вата ценна тем, что не поддерживает открытого горения; она обеспечивает отличные показатели тепло- и звукоизоляции, стойко переносит температурные колебания, воздействие агрессивных веществ.

Пенополиуретан (ППУ)Править

Имеет ячеистую структуру. Его отличает уникальное сочетание лёгкости и прочности. Долговечность эксплуатации ППУ не зависит от уровня влажности окружающей среды. Панели с пенополиуретаном обеспечивают высокий уровень гидро- и теплоизоляции. ППУ не подвержен воздействию плесени, грибков, насекомых и грызунов, а также других неблагоприятных биологических факторов. ППУ относится к категории трудносгораемых материалов, особенно его разновидность полиизоцианурат (ПИР). При воздействии открытого пламени на поверхности ПИР образуется углеродная корка-матрица, препятствующая дальнейшему распространению пламени и способствующая самозатуханию материала^{[источник не указан 3194 дня]}.

ПенополистиролПравить

Малый по весу материал, имеющий ячеистую структуру. Это утеплитель, который широко используется при строительстве цехов, складских помещений, торговых павильонов, холодильных камер, дачных и жилых домов по «канадской технологии» и так далее. Сэндвич-панели с пенополистиролом монтируются/демонтируются в короткие сроки.

СтекловолокноПравить

Является специфичным материалом, производимым из тончайших стеклянных нитей. Панели со стекловолокном, прежде всего, востребованы благодаря своим звукопоглощающим свойствам. По общим характеристикам стекловолокно схоже с базальтовыми волокнами. Оно негорючее, экологичное, удобное при перевозке и монтаже. Отмечается хорошая устойчивость к воздействию химических веществ. Сэндвич-панели из стекловолокна нельзя использовать при температуре более 400 °C.

ПолипропиленПравить

Сотовые панели обладают хорошей устойчивостью к воде, к большинству кислот, щелочей и солей. Также отличаются низкой теплопроводностью, высокой прочностью при сжатии и лёгким весом. Защита сотовых панелей от воздействия огня и ультрафиолета обеспечивается за счет правильного выбора облицовочных материалов (например, алюминий, МДФ, ДСП, акрил, стеклопластик и пр.).

ПокрытиеПравить

Наружные слои сэндвич-панелей изготавливаются, как правило, из оцинкованной стали, однако могут изготавливаться и из других материалов, в частности композитов на основе древесной стружки. Для покрытия из стали важен состав дополнительного покрытия, качество которого во многом определяет характеристики сэндвич-панелей (срок службы, выцветание и т. д.).

Основные материалы, используемые в качестве покрытия для панелей типа сэндвич: оцинкованная сталь, алюцинк, гипсокартон, пластизол, полидифторионад, полиэстер, пурал.

Оцинкованная сталь надёжно защищает поверхность от коррозии. Долговечность конструкции прямо пропорциональна толщине слоя цинка. Покрытие характеризуется простотой в обращении.
Алюцинк — это сплав алюминия и цинка, запатентованный американской компанией Bethlehem Steel (сейчас Mittal Steel). Точный состав вещества: 55 % алюминия, 43,4 % цинка, 1,6 % кремния. Покрытие отражает ультрафиолетовое излучение. Панели с таким верхним слоем могут эксплуатироваться при температуре до +315 °C.
Гипсокартон представляет собой материал из двух листов строительного картона с сердечником в виде гипса. Это лёгкое и абсолютно безопасное покрытие для панелей; актуально для использования при отделке жилых помещений.
Пластизол — это модифицированный с помощью пластификаторов поливинилхлорид. В виду повышенной плотности покрытие сохраняет свои эксплуатационные свойства даже в неблагоприятных условиях окружающей среды. Пластизол хорошо переносит механическое воздействие. Подходит как для внутренней, так и для внешней отделки.
Пластиковые листы из жесткого ПВХ, полистирола или полипропилена — имеют многозадачное направление при строительстве быстровозводимых зданий.
Полидифторионад (PVF2) — состав, формируемый из 80 % пластизола и 20 % акрила. Слой полидифторионада надёжно защищает материал от вредного воздействия перепадов температур, ультрафиолета, коррозии.
Полиэстер вырабатывается из полиэфиров, имеет волокнистую структуру. Хорошо переносит даже регулярное действие высоких температур. Покрытие на основе полиэстера не выгорает, адекватно воспринимает механическое воздействие.
Пурал является веществом, которое получается из модифицированного полиамидом полиуретана. Защищает поверхность от коррозии, выгорания, разрушения под действием перепада температур. Используется как внутри, так и снаружи здания.
ОСП (OSB) ориентированно-стружечная плита, создаётся путём склеивания деревянной стружки под высоким давлением.
Влагостойкий оргалит^[14] — композитный материал из древесных волокон и стружек на основе клея. Степень влагостойкости материала зависит от применяемого клея.

Цвет сэндвич-панелейПравить

Для сэндвич-панели с покрытием из стали гамма оттенков определяется по международным цветовым каталогам RR (RaColor — 22 основных цвета) и RAL (RAL 841 GL — 202 цвета, RAL 840 HR — 17 цветов). При выборе цвета учитывается его способность к светопоглощению/светоотражению, так как в совокупности с характеристиками окружающей среды это условие будет во многом предопределять общий срок службы постройки.

Теплотехнические свойстваПравить

Важнейшим параметром энергоэффективености сэндвич-панелей является термосопротивление (R0), которое учитывает тепловые потери в замковой части конструкции. Минимальное приведенное сопротивление теплопередачи (при 25 °С) для качественных сэндвич-панелей приведено в таблице:

Толщина панели, мм	*Термосопротивление, м²К/Вт**
Минеральная вата	Пенополиуретан
40	-	1,9
60	-	2,8
80	2,1	3,7
100	2,6	4,5
120	3,1	5,5
140	3,5	6,3
160	4,1	7,1
180	4,5	8,3
200	5,0	9,0

Конструкция здания из сэндвич-панелей может считаться энергоэффективной если её воздухопроницаемость составляет менее 1,5 м³/м²час. При этом лучшие образцы панелей могут достигать воздухопроницаемости в пределах 0,6-0,9 м³/м²час.

Достоинства материалаПравить

Быстрые сроки возведения или ремонта зданий.
Строительство может производиться в любое время года, практически вне зависимости от температуры.
Высокие показатели теплоизоляции (показатели теплопроводности от 0,022 Вт/Мк).
Экологичность, гигиеничность, безопасность для человека.
Низкая нагрузка на фундамент постройки.
Лёгкость транспортировки.
Не требуется дополнительная отделка.
Высокая звукоизоляция.
Возможность использования в сфере пищевой промышленности и мед. учреждениях.
Отсутствие реакции на воздействие химически агрессивных веществ или биологических факторов (плесень, грибок).
Низкая цена по сравнению с аналогами (кирпич, бетон, дерево).

Недостатки материалаПравить

Не выдерживают существенную дополнительную нагрузку.
Высокая вероятность косметического повреждения (царапины),
Сквозняк холодного воздуха через щели в местах соединения (устранимо монтажной лентой),
Промерзание или «мостики холода» панелей в местах соединения из-за отсутствия утеплителя,
Повреждение каркаса и крепежа в месте стыка панелей из-за «точки росы» и обильного конденсата,
Деструкция или «усыхание» плит материала, приводящие к постепенному их уменьшению и появлению щелей между плитами, в случае с плитами из пенополистирола^[15]^[16].
Эмиссия токсичного формальдегида с поверхности OSB-плит, которыми обычно облицовываются SIP-панели.

Сэндвич-панели поэлементной сборкиПравить

Помимо классических (клееных) существует и другая разновидность сэндвич-панелей — это панели поэлементной сборки. Основным отличием от классических панелей является то, что они собираются и монтируются непосредственно на строительном объекте из трех видов комплектующих: самонесущего кассетного профиля (основы панели поэлементной сборки), утеплителя и, как правило, профнастила в качестве внешнего слоя. Такие панели являются более экономичными, но и более трудоемкими при монтаже быстровозводимых зданий.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ Бэла Ляув. Кирпич против панели (неопр.). "Коммерсантъ Дом" (1 апреля 2004). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ Наталья Самарина. Анатомия здания: тепло сквозь стены (неопр.). "Ведомости" (20 ноября 2006). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ Алексей Сергеев. Технологии рынка: кости зданий (неопр.). "Ведомости" (14 июля 2008). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ Марина Ховратович. Анатомия здания: ТЦ под тройной защитой (неопр.). "Ведомости" (23 апреля 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ В Ярославле открыты три физкультурно-оздоровительных комплекса (неопр.). ИА REGNUM (12 февраля 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ Наталия Крол. Доходное место: квадратные метры дворцов (неопр.). "Ведомости" (17 сентября 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.
↑ Alden Ball Dow, Faia (1904—1983) (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2013. Архивировано из оригинала 20 октября 2013 года.
↑ Panel Plant in Detroit Koppers Plan, Pittsburgh Post-Gazette, May 6, 1959
↑ ¹ ² Anatomy of a SIP / History (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2013. Архивировано из оригинала 28 октября 2013 года.
↑ ¹ ² Insulated Panels Identification and disposal (неопр.). EPIC (Engineered Panels in Construction). Дата обращения: 11 ноября 2013. Архивировано из оригинала 11 ноября 2013 года.
↑ ЦК КПСС и Совет министров. Постановление ЦК КПСС и Совета министров от 28.05.1970 №383 "О мерах помощи Челябинскому тракторному заводу имени В.И.Ленина по переходу на производство гусеничных тракторов типа Т-130" (неопр.). Москва, Кремль (28 мая 1970). Дата обращения: 24 октября 2019. Архивировано 24 октября 2019 года.
↑ Материально-техническое снабжение. — Ėкономика, 1989. — 512 с.
↑ Искусство побеждать: Инновационные технологии (неопр.). "Ведомости" (25 июня 2012). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 26 января 2013 года.
↑ Ирина Петрова. Дом ручной сборки (неопр.). "Коммерсантъ Деньги" (11 июля 2001). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.
↑ Савада Х. Термодинамика полимеризации. — М., Химия, 1979 г.
↑ Эммануэль Н. М., Бучаченко А. Л. Химическая физика старения и стабилизации полимеров. — М., Наука, 1982 г.

[1] Бэла Ляув. Кирпич против панели (неопр.). "Коммерсантъ Дом" (1 апреля 2004). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[2] Наталья Самарина. Анатомия здания: тепло сквозь стены (неопр.). "Ведомости" (20 ноября 2006). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[3] Алексей Сергеев. Технологии рынка: кости зданий (неопр.). "Ведомости" (14 июля 2008). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[4] Марина Ховратович. Анатомия здания: ТЦ под тройной защитой (неопр.). "Ведомости" (23 апреля 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[5] В Ярославле открыты три физкультурно-оздоровительных комплекса (неопр.). ИА REGNUM (12 февраля 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[6] Наталия Крол. Доходное место: квадратные метры дворцов (неопр.). "Ведомости" (17 сентября 2007). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 11 ноября 2013 года.

[7] Alden Ball Dow, Faia (1904—1983) (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2013. Архивировано из оригинала 20 октября 2013 года.

[8] Panel Plant in Detroit Koppers Plan, Pittsburgh Post-Gazette, May 6, 1959

[foam-9] ¹ ² Anatomy of a SIP / History (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2013. Архивировано из оригинала 28 октября 2013 года.

[epic-10] ¹ ² Insulated Panels Identification and disposal (неопр.). EPIC (Engineered Panels in Construction). Дата обращения: 11 ноября 2013. Архивировано из оригинала 11 ноября 2013 года.

[11] ЦК КПСС и Совет министров. Постановление ЦК КПСС и Совета министров от 28.05.1970 №383 "О мерах помощи Челябинскому тракторному заводу имени В.И.Ленина по переходу на производство гусеничных тракторов типа Т-130" (неопр.). Москва, Кремль (28 мая 1970). Дата обращения: 24 октября 2019. Архивировано 24 октября 2019 года.

[12] Материально-техническое снабжение. — Ėкономика, 1989. — 512 с.

[13] Искусство побеждать: Инновационные технологии (неопр.). "Ведомости" (25 июня 2012). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 26 января 2013 года.

[14] Ирина Петрова. Дом ручной сборки (неопр.). "Коммерсантъ Деньги" (11 июля 2001). Дата обращения: 4 ноября 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.

[15] Савада Х. Термодинамика полимеризации. — М., Химия, 1979 г.

[16] Эммануэль Н. М., Бучаченко А. Л. Химическая физика старения и стабилизации полимеров. — М., Наука, 1982 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]